Технології

Вчені зі Стенфордського університету зробили алмаз з нафти

Геологи зі Стенфордського університету зробили алмаз з нафти. Звучить як алхімія, але при правильному балансі вмісту речовин, тиску і температури можна отримати чистий алмаз без використання яких-небудь каталізаторів. Про це пишуть в журналі Science Advances.

Нове дослідження Стенфордського університету і Національної прискорювальної лабораторії SLAC показує, як при ретельному налаштуванні фізичних параметрів можна отримати алмази з молекул водню і вуглецю, виявлених в сирій нафті і природному газі.

Вчені синтезували алмази з інших матеріалів протягом 60 років, але для перетворення зазвичай потрібно надмірна кількість енергії, часу або додавання каталізатора, часто металу, який має тенденцію знижувати якість кінцевого продукту.

«Ми ж хотіли створити таку чисту систему, в якій лише одна речовина перетворюється в чистий алмаз без використання будь-якого каталізатора», — розповідає провідний автор дослідження Сульджіє Парк.

Подібне перетворення можна застосовувати не тільки для виготовлення ювелірних виробів. Фізичні властивості алмазу — надзвичайна твердість, оптична прозорість, хімічна стабільність, висока теплопровідність — роблять його цінним матеріалом для медицини, промисловості, технологій квантових обчислень і біологічного зондування.

Природні алмази кристалізуються з вуглецю на глибині в сотні кілометрів від поверхні Землі, де температура досягає декількох тисяч градусів. Більшість природних алмазів, виявлених до теперішнього часу, злетіло вгору в результаті вивержень вулканів мільйони років тому, забравши з собою стародавні мінерали з глибин Землі.

Щоб синтезувати алмази, дослідницька група почала з трьох типів порошку, витягнутих з поверхні танкерів, що перевозять нафту.

«Для експерименту необхідно невелику кількість порошку, — сказав Мао. — Ми використовували голку, щоб трохи підчепити порошок під мікроскопом для наших експериментів».

На перший погляд злегка липкі порошки без запаху нагадують кам’яну сіль. Але за допомогою мікроскопа можна розрізнити атоми, розташовані за тією ж просторовою схемою, що і атоми, з яких складається кристал алмазу. По суті, це все одно, що розрізати складну алмазну решітку на більш дрібні блоки, які складаються з однієї, двох або трьох клітин.

На відміну від алмазу, який являє собою чистий вуглець, порошки, відомий як діамондоїди, також містять водень.

«Використовуючи ці будівельні «блоки», — зазначає Мао, — ви можете швидко і легко виготовляти алмази, а також можете дізнатися про цей процес більш повно, ніж якби ви просто імітували високий тиск і високу температуру, виявлені в тій частині Землі, де алмаз утворюється природним чином».

Для свого експерименту дослідники завантажили діамондоїди в барокамеру розміром зі сливу, звану осередком з алмазним ковадлом, яка вдавлює порошок між двома полірованими алмазами. За допомогою простого ручного повороту гвинта пристрій може створити тиск, що існує в центрі Землі.

Потім вчені зразки нагрівали за допомогою лазера, досліджували результати за допомогою набору тестів і запускали комп’ютерні моделі, щоб пояснити, як відбувається перетворення. Вони виявили, що трикомпонентний діамондоїд, званий тріамантаном, може реорганізуватися в алмаз з дивно малою енергією.

При 900 К, що становить приблизно 627 °C, і 20 ГПа, тобто тиску, який в сотні тисяч разів перевищує атмосферу Землі, атоми вуглецю тріамантана вирівнюються, а водень розсіюється або розпадається. Перетворення відбувається за долі секунди. Малий розмір зразка всередині комірки з алмазним ковадлом робить цей підхід непрактичним для промислового синтезу, однак дає ключові знання про виробництво алмазів.

Натхнення: hightech.fm

Кнопка «Наверх»
Закрыть